(57)【要約】【課題】この発明は、デポジットの付着を抑制することができる構成を備えた内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】ピストン１０は、ピストン上部１４の表面（つまりピストン頂面）に、凹凸表面１２を備えている。凹凸表面１２は、多数の錐体が、頂点間距離（ピッチ）Ｐで並ぶことにより構成されている。凹凸表面の凸の高さをＨと記す。Ｐ≦０．５μｍかつＰ／２≦Ｈの関係を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーヘッドとピストン上面とが形成する空間である燃焼室と、
前記燃焼室内の内面の少なくとも一部、または／および、前記燃焼室を構成する部品の少なくとも１つにおける一部または全部の表面に備えられ、隣接する頂点間の距離をＰとし高さをＨとした場合にＰ≦０．５μｍかつＰ／２≦Ｈの関係を満たす、複数の凸部と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、シリンダとピストンを備え、シリンダ内をピストンが摺動する。特許文献１では、ピストンとシリンダとの耐摩耗性向上、摩擦低減を目的として、シリンダあるいはピストン外周面に、微細な凹凸を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６９００８号公報
【特許文献２】特開平８−２８３７６２号公報
【特許文献３】特開２０００−２８２０７０号公報
【特許文献４】特開平１１−２８７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関において、従来から解決が求められている課題の１つに、デポジット付着抑制がある。デポジットは、ピストン上面（頂面）や、燃焼室内の部品の表面（例えば、吸気／排気バルブの首部、燃料噴射弁の先端部）に付着することにより、種々の問題を引き起こす。デポジット付着抑制に関し、例えばピストン表面にＦＡＳ膜をコーティングする技術（特許文献４）がある。しかし、コーティング膜の剥離や熱変質によりデポジット抑制効果が減少するおそれがある。また、他には潤滑油成分（特許文献２）や燃料成分の工夫（特許文献３）によるデポジット抑制技術もあるが、特定の潤滑油や燃料を混入することは不便な面もある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、デポジットの付着を抑制することができる構成を備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
シリンダーヘッドとピストン上面とが形成する空間である燃焼室と、
前記燃焼室内の内面の少なくとも一部、または／および、前記燃焼室を構成する部品の少なくとも１つにおける一部または全部の表面に備えられ、隣接する頂点間の距離をＰとし高さをＨとした場合にＰ≦０．５μｍかつＰ／２≦Ｈの関係を満たす、複数の凸部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、燃焼室内部において、複数の凸部を設けた位置のデポジット付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のピストンを示す図である。
【図２】図１のＸ部分の拡大図断面図および拡大上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のピストンの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる実験結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のピストン１０を示す図である。実施の形態１の内燃機関は、車両用内燃機関である。ピストン１０は、ピストン上部１４の表面（つまりピストン頂面）に、凹凸表面１２を備えている。図２（ａ）は、図１のＸ部分の拡大図である。凹凸表面１２は、多数の凸部（錐体）が、頂点間距離（ピッチ）Ｐで並ぶことにより構成されている。凹凸表面の凸の高さをＨと記す。本実施形態では、Ｐ≦０．５μｍかつＰ／２≦Ｈの関係を満たし、具体的にはＰ＝０．１μｍとしＨ＝０．３μｍとする。図２（ｂ）は、図１のＸ部分をピストン上方から見下ろした図である。図２（ｂ）に示すように、凹凸表面１２を構成する多数の凸部は四角錐である。
【００１０】
図示しないが、実施の形態１の内燃機関は、ピストン１０と、シリンダヘッド、シリンダブロック、吸気バルブ、排気バルブ、燃料噴射弁、点火プラグを備えている。ピストン１０の頂面すなわち凹凸表面１２と、シリンダヘッドとにより、実施の形態１の内燃機関の燃焼室が形成される。
【００１１】
［実施の形態１の製造方法］
図３は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のピストンの製造工程を示す図である。図３（ａ）に示すように、ピストンのピストン上部２４に金属ガラス溶射（矢印２０）を行う。これにより、ピストン上部２４に金属ガラス層を設ける。必要に応じて、平面出し研磨を行っても良い。ピストンの材質はアルミ、鋳鉄が考えられる。
【００１２】
その後、金属ガラスの過冷却液体状態の温度域まで加熱する。ここで、「過冷却液体状態の温度域」は、ガラス遷移温度＜過冷却液体状態の温度域＜結晶化温度、という温度域である。
【００１３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、原型２２を押付けて微小凹凸を転写する。原型２２は、単結晶シリコンなどの表面に、集束イオンビーム加工、電子ビーム加工などにより微小凹凸を形成したものである。次いで、室温近傍まで冷却する。必要に応じて、バリ取りなどの後加工を行う。
【００１４】
以上の工程を経て図３（ｃ）に示すように本製造方法にかかるピストンが完成する。図３（ｄ）は、図３（ｃ）のＺ部分の拡大図である。ピストン上部２４の上に、多数の凸部を備えた金属ガラス層２６が形成されている。
【００１５】
［実施の形態１の実験結果］
以下、実施の形態１の効果を、本願発明者が行った実験結果を参照しながら説明する。図４、５は、本発明の実施の形態１にかかる実験結果を示す図である。
【００１６】
＜具体的実施例１＞
図４は、具体的実施例１として作成したピストンについて評価した結果である。具体的実施例１のピストンは、下記の条件で作成した。
・使用ピストン：２．５Ｌ６気筒ガソリン直噴エンジン用ピストン
・ピストン本体の材質：アルミ
・金属ガラス：Ｚｒ５５Ａｌ１０Ｃｕ３０Ｎｉ５  ガラス遷移温度（Ｔｇ）＝６８０Ｋ、結晶化温度（Ｔｘ）＝７３０Ｋ、融点（Ｔｌ）＝１１５０Ｋ。よって、過冷却液体状態の温度域は、６８０Ｋ〜７３０Ｋである。
・原型：シリコン単結晶（ウェハ用）の表面に、集束イオンビーム加工により、下記（１）〜（５）の寸法に応じた微小凹凸形状のメス型を形成
【００１７】
上記の準備をし、図３に示した製造法に従って、下記（１）〜（５）の寸法の凹凸表面を形成した。なお、金属ガラス層２６の厚さは約３００μｍである。
（１）Ｐ＝０．０５μｍ、Ｈ＝０．０５μｍ、凸は底面の一辺が０．０５μｍの四角錐
（２）Ｐ＝０．１μｍ、Ｈ＝０．１μｍ、凸は底面の一辺が０．１μｍの四角錐
（３）Ｐ＝０．５μｍ、Ｈ＝０．５μｍ、凸は底面の一辺が０．５μｍの四角錐
（４）Ｐ＝１μｍ、Ｈ＝１μｍ、凸は底面の一辺が１μｍの四角錐
（５）Ｐ＝１０μｍ、Ｈ＝１０μｍ、凸は底面の一辺が１０μｍの四角錐
上記（１）〜（５）の凹凸表面をそれぞれ備えた複数のピストンと、比較例として従来のピストンをエンジンに組み込み、所定条件で一定時間エンジンを運転した。その後、各ピストンの上面を観察し、デポジットの付着面積を比較した（各ピストンとも、ｎ＝２）。
【００１８】
図４からわかるように、（１）〜（３）のデポジット付着面積は、比較ピストンよりも小さい。このことから、デポジット付着抑制効果は、Ｐ≦０．５μｍの関係を満たす場合に大きい。
【００１９】
＜具体的実施例２＞
図５は、具体的実施例２として作成したピストンについて評価した結果である。具体的実施例２の基本的なピストン作成条件は、具体的実施例１と同じである。但し、具体的実施例２では、図３に示した製造法に従って、下記（１）〜（５）の寸法の凹凸表面を形成した。
（１）Ｐ＝０．１μｍ、Ｈ＝０．３μｍ、凸は底面の一辺が０．１μｍの四角錐
（２）Ｐ＝０．１μｍ、Ｈ＝０．２μｍ、凸は底面の一辺が０．１μｍの四角錐
（３）Ｐ＝０．１μｍ、Ｈ＝０．１μｍ、凸は底面の一辺が０．１μｍの四角錐
（４）Ｐ＝０．１μｍ、Ｈ＝０．０５μｍ、凸は底面の一辺が０．１μｍの四角錐
（５）Ｐ＝０．１μｍ、Ｈ＝０．０２μｍ、凸は底面の一辺が０．１μｍの四角錐
【００２０】
図５からわかるように、（１）〜（４）のデポジット付着面積は、比較ピストンよりも小さい。このことから、デポジット付着抑制効果は、Ｐ／２≦Ｈの関係を満たす場合に大きい。
【００２１】
具体的実施例１および具体的実施例２の結果から、デポジット付着抑制効果は、Ｐ≦０．５μｍかつＰ／２≦Ｈの関係を満たす場合に大きい。Ｐの値は、この範囲内でできるだけ小さいほうが好ましい。
【００２２】
尚、上述した実施の形態１では、ピストン１０の頂面とシリンダヘッドとにより形成された燃焼室が、前記第１の発明における「燃焼室」に、凹凸表面１２を構成する個々の凸部が、前記第１の発明における「複数の凸部」に、それぞれ相当している。
【００２３】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、ピストン上部１４に、凹凸表面１２として四角錐の凸を設けた。しかしながら、本発明はこれに限られない。凸の形状は、四角錐以外の角錐（三角錐、５角錐その他多角形の錐体）や、円錐でもよい。また、凸の頂部はなるべく鋭利なほうが良い。また、ピッチＰは、なるべく小さいほうが良い。
【００２４】
実施の形態１では、ピストン上面に凹凸表面１２を設けた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。燃焼室内の、デポジットの問題が生ずる他の部位、例えば、吸気バルブや排気バルブの首部や燃料噴射弁の先端部に、凹凸表面１２を設けることができる。なお、凹凸表面１２は、ピストン上面の全面に設けても良いし特に必要な箇所に部分的に設けても良く、また、燃焼室内のデポジットの問題が生ずる他の部位に対して全体に設けても良いし部分的に設けても良い。また、凹凸表面１２は、シリンダヘッドの燃焼室内面に設けても良い。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ピストン
１２  凹凸表面
１４  ピストン上部
２２  原型
２４  ピストン上部
２６  金属ガラス層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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